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TOC摘要 4

第1章SDH概述 5

1.1 SDH產生的背景 5

1.2 SDH的特點 5

第2章SDH的工作原理 6

2.1 STM-N的幀結構 6

2.2 SDH的復用結構和步驟 7

第3章 SDH的網絡結構和網絡保護機理9

3.1 基本的網絡拓撲結構 9

3.2鏈網和自愈環 10

第4章 SDH的主要設備17

4.1 SDH網絡的常見網元和功能 17

第5章SDH在電力通信專網的應用21

5.1電力通信專用網的特點 21

5.2電力通信專用網的構建思路 21

5.3電力系統通信專網的SDH網絡拓撲 23

5.4其他輔助通信系統 24

第6章 SDH的發展趨勢28

結束語29

參考文獻30

淺談SDH技術及其應用

（吉首大學 繼續教育學院，湖南 吉首 416000）

摘 要：隨著信息社會的到來，人們希望現代信息傳輸網絡能快速、經濟、有效地提供各種電路和業務，而上述網絡技術由于其業務的單調性，擴展的復雜性，帶寬的局限性，僅在原有框架內修改或完善已無濟于事， 此時SDH的產生并憑借其眾多特性，使其在廣域網領域和專用網領域得到了巨大的發展。

本文從SDH幀的詳細論述了SDH的工作原理，SDH的常用網絡拓撲、網絡設備以及網絡的保護機理。在這些基礎上介紹了SDH網絡中常用設備的功能。最后舉例說明了其在現實中的應用和如何構建一個SDH網絡。

近年來，SDH作為新一代理想的傳輸體系，具有路由自動選擇能力，上下電路方便，維護、控制、管理功能強，標準統一，便于傳輸更高速率的業務等優點，能很好地適應通信網飛速發展的需要。SDH技術與一些先進技術相結合，如光波分復用（WDM）、ATM技術、Internet技術（IP over SDH）等，使SDH網絡的作用越來越大。SDH已被各國列入21世紀高速通信網的應用項目，是電信界公認的數字傳輸網的發展方向，具有遠大的商用前景。

關鍵詞：SDH、、原理、網絡、設備。

第1章SDH概述

1.1 SDH產生的背景

同步數字系列（Synchronous Digital Hierarchy，縮寫為SDH）是一種將復接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統一網管系統操作的綜合信息傳送網絡，是美國貝爾通信技術研究所提出來的同步光網絡（SONET）。國際電話電報咨詢委員會（CCITT）（現ITU-T）于1988年接受了SONET 概念并重新命名為SDH，這使其成為不僅適用于光纖也適用于微波和衛星傳輸的通用技術體制。 它可實現網絡有效管理、實時業務監控、動態網絡維護、不同廠商設備間的互通等多項功能，能大大提高網絡資源利用率、降低管理及維護費用、實現靈活可靠和高效的網絡運行與維護。

SDH出現以前，沿用的數字傳輸設備均屬準同步數字系（ Plesiochronous Digital Hierarchy，縮寫為PDH）。SDH技術的誕生有著其必然性。隨著通信的發展，要求傳送的信息不僅是話音，還有文字、數據、圖像和視頻等。加之數字通信和計算機技術的發展，在70至80年代，陸續出現了T1(DS1)／E1載波系統(1.544／2.048Mbps)、X.25幀中繼、ISDN(綜合業務數字網) 和FDDI(光纖分布式數據接口)等多種網絡技術。隨著信息社會的到來，人們希望現代信息傳輸網絡能快速、經濟、有效地提供各種電路和業務，而上述網絡技術由于其業務的單調性，擴展的復雜性，帶寬的局限性，僅在原有框架內修改或完善已無濟于事。SDH就是在這種背景下發展起來的。

在各種寬帶光纖接入網技術中，采用SDH技術的接入網系統是應用最普遍的。SDH的誕生解決了由于入戶媒質的帶寬限制而跟不上骨干網和用戶業務需求的發展,而產生了用戶與核心網之間的接入"瓶頸"的問題，同時提高了傳輸網上大量帶寬的利用率。SDH技術自從90年代引入以來，至今已經是一種成熟、標準的技術，在骨干網中被廣泛采用，且價格越來越低，在接入網中應用可以將SDH技術在核心網中的巨大帶寬優勢和技術優勢帶入接入網領域，充分利用SDH同步復用、標準化的光接口、強大的網管能力、靈活網絡拓撲能力和高可靠性帶來好處，在接入網的建設發展中長期受益。

1.2 SDH的特點

SDH是數字傳輸體制上繼PDH之后的一次劃時代的飛躍。SDH之所以能夠快速發展這是與它自身的特點是分不開的，其具體特點如下：

（1）SDH傳輸系統在國際上有統一的幀結構，數字傳輸標準速率和標準的光路接口，使網管系統互通，因此有很好的橫向兼容性，它能與現有的PDH完全兼容，并容納各種新的業務信號，形成了全球統一的數字傳輸體制標準，提高了網絡的可靠性；

（2）SDH接入系統的不同等級的碼流在幀結構凈負荷區內的排列非常有規律，而凈負荷與網絡是同步的，它利用軟件能將高速信號一次直接分插出低速支路信號，實現了一次復用的特性，克服了PDH準同步復用方式對全部高速信號進行逐級分解然后再生復用的過程，由于大大簡化了DXC，減少了背靠背的接口復用設備，改善了網絡的業務傳送透明性；

（3）由于采用了較先進的分插復用器（ADM）、數字交叉連接（DXC）、網絡的自愈功能和重組功能就顯得非常強大，具有較強的生存率。因SDH幀結構中安排了信號的5％開銷比特，它的網管功能顯得特別強大，并能統一形成網絡管理系統，為網絡的自動化、智能化、信道的利用率以及降低網絡的維管費和生存能力起到了積極作用；

（4）由于SDH有多種網絡拓撲結構，它所組成的網絡非常靈活，它能增強網監，運行管理和自動配置功能，優化了網絡性能，同時也使網絡運行靈活、安全、可靠，使網絡的功能非常齊全和多樣化；

（5）SDH有傳輸和交換的性能，它的系列設備的構成能通過功能塊的自由組合，實現了不同層次和各種拓撲結構的網絡，十分靈活；

（6）SDH并不專屬于某種傳輸介質，它可用于雙絞線、同軸電纜，但SDH用于傳輸高數據率則需用光纖。這一特點表明，SDH既適合用作干線通道，也可作支線通道。例如，我國的國家與省級有線電視干線網就是采用SDH，而且它也便于與光纖電纜混合網(HFC)相兼容。

（7）從OSI模型的觀點來看，SDH屬于其最底層的物理層，并未對其高層有嚴格的限制，便于在SDH上采用各種網絡技術，支持ATM或IP傳輸；

（8）SDH是嚴格同步的，從而保證了整個網絡穩定可靠，誤碼少，且便于復用和調整；

（9）標準的開放型光接口可以在基本光纜段上實現橫向兼容，降低了聯網成本。

第2章SDH的工作原理

幀結構及相應的信息格式是SDH的核心，它的結構會直接影響到傳送業務的靈活性、對外兼容性和適應性。

2.1 STM-N的幀結構

STM-N信號幀結構的安排應盡可能使支路低速信號在一幀內均勻、有規律的分布，以便于從高速信號中直接上/下低速支路信號。因此，ITU-T規定了STM-N的幀是以字節為單位的矩形塊狀結構。

STM-N的信號是9行×270×N列的幀結構。此處的N與STM-N的N相一致，取值范圍：1，4，16，64……。表示此信號由N個STM-1 信號通過字節間插復用而成。由此可知，STM-1信號的幀結構是9行×270列的塊狀幀。并且，當N個STM-1信號通過字節間插復用成STM-N信號時，僅僅是將STM-1信號的列按字節間插復用，行數恒定為9行不變。

我們知道，信號在線路上串行傳輸時是逐個比特（bit）地進行的，那么這個塊狀幀是怎樣在線路上進行傳輸的呢？ STM-N信號的傳輸也遵循按比特的傳輸方式，SDH信號幀傳輸的原則是：按幀結構的順序從左到右，從上到下逐個字節，并且逐個比特地傳輸，傳完一行再傳下一行，傳完一幀再傳下一幀。

STM-N信號幀的重復頻率（也就是每秒傳送的幀數）是多少呢？ITU-T規定對于任何級別的STM-N幀，幀頻都是8000幀/秒，也就是幀的周期為恒定的125μs ，幀中每個字節提供的通道速率是64Kbit/s。

由于幀周期的恒定使STM-N信號的速率有其規律性，例如STM-4的傳輸數速恒定的等于STM-1信號傳輸數速的4倍，STM-16恒定等于STM-1的16倍。而PDH中的E2信號速率≠E1信號速率的4倍。

STM-N的幀結構由3部分組成：

段開銷（SOH），包括再生段開銷（RSOH）和復用段開銷（MSOH）；

管理單元指針（AU-PTR）；

1、信息凈負荷（payload）。

信息凈負荷位于STM-N幀中第1到第9行，第9×N+1到第270×N列，共9×261×N個字節。信息凈負荷是在STM-N幀結構中存放將由STM-N傳送的各種用戶信息碼塊的地方。信息凈負荷區相當于STM-N這輛運貨車的車箱，車箱內裝載的貨物就是經過打包的低速信號——待運輸的貨物。

為了實時監測貨物（打包的低速信號）在傳輸過程中是否有損壞，在將低速信號打包的過程中加入了通道開銷（POH）字節。POH作為凈負荷的一部分與信息碼塊一起裝載在STM-N這輛貨車上在SDH網中傳送，它負責對打包的貨物（低速信號）進行通道性能監視、管理和控制。

2、 段開銷（SOH）

段，相當于一條大的傳輸通道，段開銷是為了保證信息凈負荷正常傳送所必須附加的網絡運行、管理和維護（OAM）字節。例如段開銷可進行對STM-N這輛運貨車中的所有貨物在運輸中是否有損壞進行監控，而通道開銷（POH）的作用是當車上有貨物損壞時，通過它來判定具體是哪一件貨物出現損壞。也就是說SOH完成對貨物整體的監控，POH是完成對某一件特定的貨物進行監控，當然，SOH和POH還有一些其他管理功能。

段開銷又分為再生段開銷（RSOH）和復用段開銷（MSOH），可分別對相應的段層進行監控，二者的區別在于監管的范圍不同。舉個簡單的例子，若光纖上傳輸的是2.5G信號，那么，RSOH監控的是STM-16整體的傳輸性能，而MSOH則是監控STM-16信號中每一個STM-1的性能情況。

再生段開銷在STM-N幀中的位置是第一到第三行的第一到第9×N列，共3×9×N個字節；復用段開銷在STM-N幀中的位置是第5到第9行的第一到第9×N列，共5×9×N個字節。

3、 管理單元指針（AU-PTR）

管理單元指針位于STM-N幀中第4行的第一到第9×N列，共9×N個字節。AU-PTR是用來指示信息凈負荷的第一個字節在STM-N幀內的準確位置的指示符，以便接收端能根據這個位置指示符的值（指針值）準確分離信息凈負荷。

其實指針有高、低階之分，高階指針是AU-PTR，低階指針是TU-PTR，TU-PTR的作用類似于AU-PTR，只不過所指示的信息負荷更小一些而已。

2.2 SDH的復用結構和步驟

SDH的復用包括兩種情況：一種是由STM-1信號復用成STM-N信號；另一種是由PDH支路信號（例如2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s）復用成STM-N信號。

1、 由STM-1信號復用成STM-N信號

復用的方法主要通過字節間插的同步復用方式來完成的，復用的基數是4，即4×STM-1→STM-4，4×STM-4→STM-16。在復用過程中保持幀頻不變（8000幀/秒），這就意味著高一級的STM-N信號是低一級的STM-n信號速率的4倍。

在進行字節間插復用過程中，各幀的信息凈負荷和指針字節按原值進行字節間插復用，而STM-N的段開銷并不是由所有低階STM-N幀中的段開銷間插復用而成，而是舍棄了某些低階幀中的段開銷。

2、 由PDH支路信號復用成STM-N信號

各種PDH支路信號復用進STM-N幀的過程都要經歷映射、定位、復用三個步驟。映射相當于信號打包，定位伴隨與指針調整，復用相當于字節間插復用。ITU-T規定了一整套完整的映射復用結構，也就是映射復用路線，通過這些路線可將PDH的3個系列的數字信號以多種方法復用成STM-N信號。

復用結構包括了一些基本的復用單元：C－容器、VC－虛容器、TU－支路單元、TUG－支路單元組、AU－管理單元、AUG－管理單元組，這些復用單元的下標表示與此復用單元相應的信號級別。

從一個有效負荷到STM-N的復用路線不是唯一的，有多條路線（也就是說有多種復用方法）。例如：2Mbit/s的信號有兩條復用路線，也就是說可用兩種方法復用成STM-N信號。必須說明，8Mbit/s的PDH支路信號是無法復用成STM-N信號的。

盡管一種信號復用成SDH的STM-N信號的路線有多種，但是，我國的光同步傳輸網技術體制規定了以2Mbit/s信號為基礎的PDH系列（歐洲系列）作為SDH的有效負荷，并選用AU-4的復用路線。

SDH的網絡結構和網絡保護機理

3.1 基本的網絡拓撲結構

SDH網是由SDH網元設備通過光纜互連而成的，網絡節點設備（網元）和傳輸線路的幾何排列就構成了網絡的拓撲結構。網絡的有效性、可靠性和經濟性在很大程度上與其拓撲結構有關。

網絡拓撲的基本結構有鏈形、星形、樹形、環形和網孔形。

鏈形網

鏈形網絡拓撲是將網中的所有節點一一串聯，而首尾兩端開放。這種拓撲的特點是較經濟，在SDH網的早期用得較多，主要用于專網如鐵路網中。

星形網

星形網絡拓撲是將網中一網元做為中心節點設備與其他各網元節點相連，其他各網元節點之間互不相連，網元節點的業務都要經過這個特殊節點轉接。

樹形網

樹形網絡拓撲可看成是鏈形拓撲和星形拓撲的結合。

環形網

環形網拓撲實際上是指將鏈形拓撲首尾相連，從而使網上任何一個網元節點都不對外開放的網絡拓撲形式。這是當前使用最多的網絡拓撲形式，主要是因為它具有很強的生存性，即自愈功能較強。

網孔形網

將所有網元節點兩兩相連，就形成了網孔形網絡。這種網絡拓撲為兩網元節點間提供多個傳輸路由，使網絡的可靠更強。但是由于系統的冗余度高，必會使系統有效性降低，成本高且結構復雜。

當前用得最多的網絡拓撲是鏈形和環形，通過它們的靈活組合，可構成更加復雜的網絡。

3.2鏈網和自愈環

傳輸網上的業務按流向可分為單向業務和雙向業務。以環網為例說明單向業務和雙向業務的區別。

若A和C之間互通業務，A到C的業務路由假定是A→B→C，若此時C到A的業務路由是C→B→A，則業務從A到C和從C到A的路由相同，稱為一致路由。

若此時C到A的路由是C→D→A，那么業務從A到C和業務從C到A的路由不同，稱為分離路由。

我們稱一致路由的業務為雙向業務，分離路由的業務為單向業務。常見組網的業務方向和路由。

3.2.1 鏈行網

鏈形網的特點是具有時隙復用功能，即線路STM-N信號中某一序號的VC可在不同的傳輸光纜段上重復利用。如圖3.2.1-1中A—B、B—C、C—D以及A—D之間通有業務，這時可將A—B之間的業務占用A—B光纜段X時隙（序號為X的VC，例如3#VC-4的第48個VC-12），將B—C的業務占用B—C光纜段的X時隙（第3#VC-4的第48個VC-12），將C—D的業務占用C—D光纜段的X時隙（第3#VC4的第48個VC-12），這種情況就是時隙重復利用。這時A—D的業務因為光纜的X時隙已被占用，所以只能占用光路上的其它時隙Y時隙，例如第3#VC-4的第49個VC-12或者第7#VC-4的第48個VC-12。

鏈網的這種時隙重復利用功能，使網絡的業務容量較大。鏈網的最小業務量發生在鏈網的端站為業務主站的情況下，所謂業務主站是指各網元都與主站互通業務，其余網元之間無業務互通。以圖5.2.1-1為例，若A為業務主站，那么B、C、D之間無業務互通。此時，C、B、D分別與網元A通信。這時由于A—B光纜段上的最大容量為STM-N，則網絡的業務容量為STM-N。

鏈網達到業務容量最大的條件是鏈網中只存在相鄰網元間的業務。如圖3.2.1-1，此時網絡中只有A—B、B—C、C—D的業務不存在A—D的業務。這時時隙可重復利用，那么在每一個光纜段上業務都可占用整個STM-N的所有時隙，若鏈網有M個網元，此時網上的業務最大容量為（M-1）×STM-N，M-1為光纜段數。

常見的鏈網有二纖鏈——不提供業務的保護功能；四纖鏈——一般提供業務的1＋1或1∶1保護。四纖鏈中兩根光纖收/發作主用信道，另外兩根光纖收/發作備用信道。

3.2.2環網——自愈環

1、 自愈的概念

所謂自愈是指在網絡發生故障時，無需人為干預，網絡自動地在極短的時間內（ITU-T規定為50ms以內），使業務自動從故障中恢復傳輸，使用戶幾乎感覺不到網絡出了故障。

自愈僅是通過備用信道將失效的業務恢復，而不涉及具體故障的部件和線路的修復或更換。所以故障的修復仍需人工干預才能完成，就象斷了的光纜還需人工接續。

2、 自愈環的分類

目前環形網絡的拓撲結構用得很多，因為環形網具有較強的自愈功能。自愈環的分類可按保護的業務級別、環上業務的方向、網元節點間光纖數等來劃分。

按環上業務的方向可將自愈環分為單向環和雙向環兩大類；按網元節點間的光纖數可將自愈環劃分為兩纖環（一對收/發光纖）和四纖環（兩對收發光纖）；按保護方式還可將自愈環劃分為通道保護環和復用段保護環兩大類。

對于通道保護環，業務的保護是以通道為基礎的，也就是保護的是STM-N信號中的某個VC通道，根據環上的某一個別通道信號的傳輸質量來決定是否倒換，通常利用收端是否收到簡單的AIS信號來決定該通道是否應進行倒換。

復用段倒換環是以復用段為基礎的，根據環上傳輸的復用段信號的質量決定是否倒換。倒換是由K1、K2（b1～b5）字節所攜帶的APS協議來啟動的。復用段保護倒換的觸發條件是LOF、LOS、MS-AIS告警信號。

通道保護環的倒換無需APS協議，采用“并發優收”的倒換機理---簡單。

復用段保護環要使用APS協議，倒換機理---較復雜。

3、 二纖單向通道保護環

二纖通道保護環由兩根光纖組成兩個環，其中一個為主環---S1；一個為備環---P1。兩環的業務流向一定要相反，通道保護環的保護功能是通過網元支路板的“并發優收”功能來實現的。也就是支路板將支路上環業務“并發”到主環S1和備環P1上，兩環上業務完全一樣且流向相反，平時網元支路板“優收”主環上支路的業務，如圖5.2.2-1所示。

若環網中網元A與C互通業務，網元A和C都將上環的支路業務“并發”到環S1和P1上，S1和P1上的所傳業務相同且流向相反---S1逆時針，P1為順時針。在網絡正常時，網元A和C都優收主環S1上的業務。那么A與C業務互通的方式是A到C的業務經過網元D穿通，由S1光纖傳到C（主環業務）；由P1光纖經過網元B穿通傳到C（備環業務）。在網元C支路板“優收”主環S1上的A→C業務，完成網元A到網元C的業務傳輸。網元C到網元A的業務傳輸與此類似。

當B-C光纜段的光纖同時被切斷，因網元支路板的并發功能沒有改變，也就是此時S1環和P1環上的業務還是一樣的。如圖5.2.2-2所示。由于B—C間光纜斷，并不影響網元A到C的業務，這時網元A到C的業務并未中斷，因此，網元C的支路板不進行保護倒換。

網元C的支路板將C到網元A去的業務并發到S1環和P1環上，由于B-C間光纖切斷，使C到A的業務無法在S1主環上傳送。此時由于S1環上的C→A的業務傳不過來，這時網元A的支路板收到S1光纖上的TU-AIS告警后，立即切換到選收P1備環光纖上的C到A的業務，于是C→A的業務得以恢復，完成環上業務的通道保護。

二纖單向通道保護倒換環由于上環業務是并發優收，所以通道業務的保護實際上是1＋1保護。倒換速度快，業務流向簡捷明了，便于配置維護。缺點是網絡的業務容量不大。二纖單向保護環的業務容量恒定是STM-N，與環上的節點數和網元間業務分布無關。二纖單向通道環多用于業務集中的情況。

4、 二纖雙向復用段保護環（二纖共享復用段保護環）

將每根光纖的前一半時隙傳送主用業務，后一半時隙（例如STM-16系統的9#～16#STM-1）傳送額外業務，也就是說一根光纖的保護時隙用來保護另一根光纖上的主用業務。例如，S1/P2光纖上的P2時隙用來保護S2/P1光纖上的S2業務，每一條光纖的前一半容量（時隙）是主用信道，后一半容量（時隙）是備用信道，兩根光纖上業務流向相反。

在網絡正常情況下，網元A到網元C的主用業務放在S1/P2光纖的S1時隙（對于STM-16系統，主用業務只能放在STM-N的前8個時隙1#～8#STM-1[VC-4]中），備用業務放于P2時隙（對于STM-16系統只能放于9#～16#STM-1[VC-4]中），沿光纖S1/P2由網元B穿通傳到網元C，網元C從S1/P2光纖上的S1、P2時隙分別提取出主用和額外業務。網元C到A的主用業務放于S2/P1光纖的S2時隙，額外業務放于S2/P1光纖的P1時隙，經網元B穿通傳到網元A，網元A從S2/P1光纖上提取相應的業務。

在環網B-C間光纜段被切斷時，網元A到網元C的主用業務沿S1/P2光纖傳到網元B，在網元B進行環回（故障鄰近點的網元環回），環回是將S1/P2光纖上S1時隙的業務全部環到S2/P1光纖上的P1時隙上去（例如STM-16系統是將S1/P2光纖上的1#—8#STM-1[VC-4]全部環到S2/P1光纖上的9#～16#STM-1[VC-4]），此時S2/P1光纖P1時隙上的額外業務被中斷。然后沿S2/P1光纖經網元A和D穿通傳到網元C，在網元C執行環回功能（故障端點站），即將S2/P1光纖上的P1時隙所載的網元A到網元C的主用業務環回到S1/P2的S1時隙，網元C提取該時隙的業務，完成接收網元A到網元C的主用業務。

網元C到網元A的業務先由網元C將其主用業務S2環回加載到S1/P2光纖的P2時隙上，這時P2時隙上的額外業務中斷。然后沿S1/P2光纖經網元D和A穿通到達網元B，在網元B處執行環回功能---將S1/P2光纖的P2時隙業務環到S2/P1光纖的S2時隙上去，經S2/P1光纖傳到網元A落地。

通過以上方式完成了環網在故障時業務的自愈。

圖3.2.2-4  二纖雙向復用段保護環

二纖雙向復用段保護環的業務容量為四纖雙向復用段保護環的1/2，即M/2（STM-N），其中M是節點數。

二纖雙向復用段保護環在組網中使用得較多，主要用于622M和2.5G系統，也是適用于業務分散的網絡。

5、 二纖單向通道保護環和二纖雙向復用段保護環的比較

當前組網中常見的自愈環只有二纖單向通道保護環和二纖雙向復用段保護環兩種，下面將二者進行比較。

業務容量（僅考慮主用業務）

單向通道保護環的最大業務容量是STM-N，二纖雙向復用段保護環的業務容量為M/2 ×STM-N（M是環上節點數）。

復雜性

二纖單向通道保護環，無論從實現控制的復雜性，還是設備的開發和制作難度來說，都是各種倒換環中最簡單的。由于它不涉及APS的協議處理過程，因而業務倒換時間也最短。二纖雙向復用段保護環的控制邏輯和設備開發制作則是各種倒換環中最復雜的。

兼容性

二纖單向通道保護環僅使用已經完全預定好了的規則，由通道AIS信號來觸發倒換，與現行SDH標準完全相容，因而也容易滿足多廠家產品兼容性要求。

二纖雙向復用段保護環使用APS協議控制倒換，而APS協議尚未標準化，所以復用段倒換環目前都不能滿足多廠家產品兼容性的要求。

第4章 SDH的主要設備

SDH設備是實現光同步傳輸網的重要物理手段。SDH設備只要有終端復用器（TM）、分插復用器（ADM）和書籍交叉連接設備（DXC）等。這些設備的功能不同，但都有統一的標準光接口，不同廠家的產品能夠實現橫向兼容。

4.1 SDH網絡的常見網元和功能

SDH傳輸網是由不同類型的網元通過光纜線路的連接組成的，通過不同的網元完成SDH網的傳送功能：上/下業務、交叉連接業務、網絡故障自愈等。下面我們講述SDH網中常見網元的特點和基本功能。

4.1.1 TM——終端復用器

終端復用器用在網絡的終端站點上，例如一條鏈的兩個端點上，它是一個雙端口器件。它的作用是將支路端口的低速信號復用到線路端口的高速信號STM-N中，或從STM-N的信號中分出低速支路信號。請注意它的線路端口輸入/輸出一路STM-N信號，而支路端口卻可以輸出/輸入多路低速支路信號。在將低速支路信號復用進STM-N幀（將低速信號復用到線路）上時，有一個交叉的功能，例如：可將支路的一個STM-1信號復用進線路上的STM-16信號中的任意位置上，也就是指復用在1~16個STM-1的任一個位置上。將支路的2Mbit/s信號可復用到一個STM-1中63個VC12的任一個位置上去。對于華為設備，TM的線路端口（光口）一般以西向端口默認表示的。

4.1.2 ADM——分/插復用器

分/插復用器用于SDH傳輸網絡的轉接站點處，例如鏈的中間結點或環上結點，是SDH網上使用最多、最重要的一種網元，它是一個三端口的器件。

ADM有兩個線路端口和一個支路端口。兩個線路端口各接一側的光纜（每側收/發共兩根光纖），為了描述方便我們將其分為西（W）向、東向（E）兩個線路端口。ADM的作用是將低速支路信號交叉復用進東或西向線路上去，或從東或西側線路端口收的線路信號中拆分出低速支路信號。另外，還可將東/西向線路側的STM-N信號進行交叉連接，例如將東向STM-16中的3#STM-1與西向STM-16中的15#STM-1相連接。

ADM是SDH最重要的一種網元，通過它可等效成其它網元，即能完成其它網元的功能，例如：一個ADM可等效成兩個TM。

4.1.3 REG——再生中繼器

光傳輸網的再生中繼器有兩種，一種是純光的再生中繼器，主要進行光功率放大以延長光傳輸距離；另一種是用于脈沖再生整形的電再生中繼器，主要通過光/電變換、電信號抽樣、判決、再生整形、電/光變換，以達到不積累線路噪聲，保證線路上傳送信號波形的完好性。此處講的是后一種再生中繼器，REG是雙端口器件，只有兩個線路端口——W、E。

它的作用是將w/e側的光信號經O/E、抽樣、判決、再生整形、E/O在e或w側發出。注意到沒有，REG與ADM相比僅少了支路端口，所以ADM若本地不上/下話路（支路不上/下信號）時完全可以等效一個REG。

真正的REG只需處理STM-N幀中的RSOH，且不需要交叉連接功能（w—e直通即可），而ADM和TM因為要完成將低速支路信號分/插到STM-N中，所以不僅要處理RSOH，而且還要處理MSOH；另外ADM和TM都具有交叉復用能力（有交叉連接功能），因此用ADM來等效REG有點大材小用了。

4.1.4 DXC——數字交叉連接設備

數字交叉連接設備完成的主要是STM-N信號的交叉連接功能，它是一個多端口器件，它實際上相當于一個交叉矩陣，完成各個信號間的交叉連接。

DXC可將輸入的m路STM-N信號交叉連接到輸出的n路STM-N信號上，上圖表示有m條入光纖和n條出光纖。DXC的核心是交叉連接，功能強的DXC能完成高速（例STM-16）信號在交叉矩陣內的低級別交叉（例如VC12級別的交叉）。

通常用DXCm/n來表示一個DXC的類型和性能（注m≥n），m表示可接入DXC的最高速率等級，n表示在交叉矩陣中能夠進行交叉連接的最低速率級別。m越大表示DXC的承載容量越大；n越小表示DXC的交叉靈活性越大。

第5章SDH在電力通信專網的應用

電力通信網的組網, 簡而言之就是配置適當的網元設備, 選用相應的網絡拓撲結構, 組成可靠、高效的通信網絡, 實現電力系統各種業務接入和管理。

5.1電力通信專用網的特點

隨著網絡傳輸技術的不斷發展, 電力系統中基于寬帶數據網的應用也越來越多, 如圖像監控、實時數據采集、實時控制、各種管理信息系統(MIS) 等,原先采用窄帶數據網承載的業務也逐步轉移到寬帶數據網上。除此之外, 電力通信專用網本身還具有一些特點:

(1) 電力通信網基本上應以光纖通信為主, 以微波通信作備份或補充。

(2) 光纖網絡拓撲結構復雜, 整個網絡節點數非常多, 需要傳輸設備有很強的組網和網絡管理能力,且對設備的可靠性要求非常高。

(3) 電力系統所敷設光纜通常芯數較少, 考慮到今后可能作為電信運營商, 應盡量節約光纖通信系統所占用的光纖芯數。

(4) 為滿足整個電力部門目前和將來的所有通信需求, 需要做到話音、視頻和數據多網融合。

（5) 目前的業務接口需求主要有POTS、2W/4W、E&M、V.24、V.35、ISDN、E1、E3/T 3、10Mb/100Mb以太網接口等, 未來的業務需求大,多基于寬帶數據網。采用基于SDH 和MSTP, 可使調度網實現計算機網絡的遠程互聯, 在SDH平臺上實現以太網業務傳送功能, 從而實現二網合一, 且極大地降低網絡建設成本。

5.2電力通信專用網的構建思路

電力通信網可以在樞紐節點、大型變電站、行政中心采用標準的STM 21、STM 24 或STM 216 傳輸設備疊加接入模塊的方式; 在中小型變電站、鄉鎮供電所等業務量較少的節點采用單獨簡單配置的STM-21網元設備組網或STM-21網元設備疊加接入模塊的方式; 接入模塊解決話音、V. 24/V. 35、2W/4W、E&M 等窄帶業務接入, 而10Mb/s、100Mb/s等寬帶數據接入則在SDH傳輸平臺上提供,這樣能夠充分保證帶寬和服務質量(QoS)。環網光纜建設綜合考慮通信、計算機網絡及有線電視傳輸的需要,采用不等芯數配置, 做到既滿足要求, 又節省投資。考慮到全網的性能價格比, 最好采用系列化較完整的產品, 對不同節點選用不同配置的網元設備, 并能進行統一網管, 以實現有效的分層管理, 便于故障快速定位, 從而有效減輕維護工作量。隨著網絡規模的擴大, 應實現多廠家的設備管理, 要求網管支持標準接口, 即網管系統具備開放性。

通過基于SDH 的MSTP, 可支持全業務, 局域網互聯帶寬可按VC212×N (1～ 48) 平滑設置, 可利用SDH 層的網絡自愈功能實現電信級的保護, 統一的網管方便網絡維護。它完善地解決所有業務信號的接入和傳輸, 且相對于其它的組網方式具有其明顯的優勢。

基于“SDH + 路由器”的組網方式的業務管理能力較強。但采用高性能路由器網絡造價高, 采用低成本路由器則網絡性能差; 帶寬只能選擇N ×6k、E1、E3/T 3、STM 21、STM 24 等, 且不能按需平滑設置。基于ATM 交換機的組網方式可支持全業務,QoS 有保證。但設備成本高, 操作維護復雜, 帶寬利用率較低。基于以太網交換機+ 光纖收發器的組網方式成本較低,QoS 稍差。但無法同時實現電路型業務的傳送, 需要建設兩套網絡: 調度網和計算機網, 總的網絡造價高, 操作維護工作量大。

5.3電力系統通信專網的SDH網絡拓撲

電力網的發展對電力系統專用通信網提出了更高的要求, 電力通信要求確保電能的生產、輸送、分配、消費在瞬間是同時完成的。為了保證電網安全、經濟地運行, 必須配置調度、保護、遠程控制等系統。這些系統的所有信息傳輸都必須由通信系統提供通道。由此可見, 通信在電力系統中的作用是非常關鍵的。隨著經濟的發展, 電力系統容量急劇增加, 隨之而來的是輸電超高壓化, 接入業務多樣化。

電力系統一旦發生故障, 如果通信不暢, 不能及時調度指揮,就會擴大事故范圍, 造成大面積停電甚至系統瓦解,不僅經濟損失十分慘重, 而且會給社會造成嚴重影響。因此電力系統的通信要有非常高的可靠性。由于SDH技術具有特有的優勢, 采用SDH技術組網不僅適合現代通信發展的需要,而且特別適合電力系統通信的需要。SDH網是由不同類型的SDH網元設備, 如終端復用設備(TM )、再生器(REG)、分插復用設備(ADM )、數字交叉連接(DXC) 設備等, 通過光纜互連而成的, 由這些網元設備完成SDH 網的上下業務、交叉連接業務、網絡故障自愈等傳送功能。SDH網的網絡節點(網元) 和傳輸線路的幾何排列就構成了網絡的拓撲結構。網絡的基本拓撲結構大致有這樣幾種方式: 鏈形、星形、樹形、環形和網格形等。

根據電力通信點多面廣, 可靠性要求高的特點, 主干傳輸網可采用光纖自愈環的網絡拓撲結構, 也可以采用雙環相切、多環相切的主干網絡拓撲結構, 采用相切環時可在兩環相切的節點上采用雙環網元設備交叉保護, 克服雙環相切時節點保護可靠性差的問題。支路可根據實際需要采用鏈形、星形、樹形等結構。另外, 采用SDH 設備的光纖自愈環可實現多種形式的通道保護, 而且SDH 光纖環有較強的自愈能力。所謂自愈就是指在網絡發生故障(例如光纖斷裂)時, 無需人為干預, 網絡能在極短的時間內( ITU 2T規定為50ms 以內) 自動恢復傳輸, 使用戶幾乎感覺不到網絡出了故障。傳統的組網概念中, 提高傳輸設備利用率是最關鍵的, 為了增加線路的占空系數, 在每個節點都建立了許多直接通道, 致使網絡結構非常復雜。而利用SDH組網, 使用SDH提供的豐富的開銷字節, 就可以極大簡化網絡結構, 實現強大的OAM功能, 降低傳輸費用并支持新業務的發展, 這正符合了現代通信發展的目標。

同PDH相比, SDH組網的巨大的優越性完全發揮出來了。用雙環相切、多環相切的主干網絡拓撲結構, 采用相切環時可在兩環相切的節點上采用雙環網元設備交叉保護, 克服雙環相切時節點保護可靠性差的問題。支路可根據實際需要采用鏈形、星形、樹形等結構。另外, 采用SDH 設備的光纖自愈環可實現多種形式的通道保護, 而且SDH 光纖環有較強的自愈能力。傳統的組網概念中,提高傳輸設備利用率是最關鍵的,為了增加線路的占空比,在每個節點都建立了許多直接通道，致使網絡結構非常復雜。而利用SDH 組網,使用SDH提供的豐富的開銷字節,就可以極大簡化網絡結構,實現強大的OAM功能,降低傳輸費用并支持新業務的發展, 這正符合了現代通信發展的目標。同PDH相比, SDH組網的巨大的優越性完全發揮出來了。

5.4其他輔助通信系統

5.4.1網絡管理系統

網管系統的傳輸通道由D1，D12開銷字節提供，網絡單元之間采用DCC通道，

DCC通道終端在被連接的每個設備上，在相同的管理區域內，通過以太網連接。例如某地市目前僅有l套網管系統。利用現有的網管設備，將新增網元納入到現有網管系統中，統一進行管理。一套OTNM 2000最多可管理756個等效標準網元，現有的網管系統有足夠的能力管理包括本期新增的所有網元。網管管理能力是一套網管在保證規定性能指標的情況下所能管理的最大等效網元數。

5.4.2電源系統

本系統的SDH設備采用一48伏直流電源，工作電壓應滿足：輸入電壓范圍是-40V至-57V；電話衡量雜音電壓<2mV；峰峰值雜音電壓(0．300Hz)_<400mV。

根據公式：電流=功率／電壓。各設備正常工作時的最大電流等于滿配置功耗除以工作電壓。最大電流再加上適當富余量取整可得所需熔絲大小。

5.4.3時鐘同步系統

SDH網元時鐘源的種類：

(1)外部時鐘源——由SETPI功能塊提供輸入接口；

(2)線路時鐘源一由SPI功能塊從STM．N線路信號中提取；

(3)支路時鐘源——由PPI功能塊從PDH支路信號中提取，不過該時鐘一般不用，因為SDH／PDH網邊界處的指針調整會影響時鐘質量；

(4)設備內置時鐘源由SETS功能塊提供。

SDH網絡是整個數字網的一部分，它的定時基準應是這個數字網的統一的定時基準。時鐘同步，就是使通信網內所有節點的時鐘頻率和相位都控制在預先確定的容差范圍內，確保網內各傳輸或交換節點的全部數字流正確有效地傳輸或交換，時鐘不同步，會在緩沖器中產生信息比特的溢出或取空，導致數字流的滑動損傷，造成數據出錯，影響正常運行。電流差動保護的關鍵是線路兩側保護之間的電流數據交換，當復接數字通信設備時，同步時鐘的提取方式是一個非常重要的問題。本期新增節點均從線路側提取同步信號。

5.4.4保護倒換系統

目前環形網絡的拓撲結構用得最多，因為環形網具有較強的自愈功能。自愈環的分類可按保護的業務級別、環上業務的方向、網元節點間光纖數來劃分。按環上業務的方向可將自愈環分為單向環和雙向環兩大類；按網元節點間的光纖數可將自愈環劃分為雙纖環(一對收／發光纖)和四纖環(兩對收發光纖)；按保護的業務級別可將自愈環劃分為通道保護環和復用段保護環兩大類。

SDH通信網具有保護機制實現網絡的自愈，在發生短暫失效時會自動切換到保護通道，而不需要人工切換。然而，由于人為因素或設備故障，一旦發生業務中斷，尤其是傳輸繼電保護信號的網絡發生故障，造成的巨大損失無法估計。SDH設備的保護方式應符合ITU.T建議G．841規范及將來的G.SHR建議要求。

例如某地核心環采用二纖雙向復用段保護方式，當線路出現故障時可通過傳輸系統的保護倒換機制，使業務迅速恢復(保護倒換時間在50rIls以內)。在二纖雙向復用段保護環上無專門的主、備用光纖，每一條光纖的前半個時隙是主用信道，后半個時隙是備信道，兩根光纖上業務流向相反。

5.5 SDH多業務傳送平臺

電力專用網的組網, 不僅要求通信網絡選擇適當的網絡拓撲, 使整個網絡具有高可靠性, 而且要求其能大容量、高質量、高速率地進行多業務傳輸, 既使整個通信系統在電力系統內部暢通無阻, 又要與外界公共網聯系十分方便, 甚至與國際通信網接軌。

傳統SDH在接入和傳送寬帶數據業務時無法直接提供在局域網中占統治地位的以太網接口; 無法支持統計復用和有效使用傳輸帶寬; 沒有帶寬靈活的容器裝載寬帶數據業務。為了能較好地發展, 采用基于SDH 的多業務傳送平臺(MSTP)。它利用EOS (Ethernet over SDH ) 技術, 解決SDH 平臺上

以太網業務的接入和傳送應用,支持端口捆綁( IEEE802. 3ad) 和生成樹算法( IEEE802.1D) , 支持VLAN ( IEEE802. 1Q ) 和QoS ( IEEE802.1p ) , 可以直接提供10Mb/100Mb自適應以太網接口, 通過內置2 層、3 層以太網交換機實現統計復用, 并且支持VC212 虛級聯, 帶寬從1～ 48 個2M b平滑設置。

綜合業務傳輸一體機制見圖5-3所示。N 取值1～ 48, C 為裝載電路型業務的通道, P 為裝載寬帶數據業務的通道, 適合STM 21、STM 24、STM 216 等多種速率信號的傳輸經國際統一接口能進行多種類型數據業務的接入和傳輸。

隨著電力通信專用網絡的應用，通過電力市場業務的互聯，給電力市場技術支持系統提供了一個快速、穩定的通信傳輸平臺，為電力走向市場化運營打下了良好的基礎。保護信息業務的接入，為調度生產管理提供了有利的數據分析依據，開創了保護管理工作新局面。電力系統通信專用網絡的建成，也為RTU入網提供一個可靠的信息傳輸途徑，增加了電網實時信息的冗余度，為高層應用的穩定運行奠定了良好的基礎。隨著電量計費系統的接入、EMS系統的互聯以及將來基于調度專網的多業務的開展，電力系統專用網絡將會在電力系統發展的歷程中發揮出越來越大的作用。

第6章 SDH的發展趨勢

SDH作為新一代理想的傳輸體系，具有路由自動選擇能力，上下電路方便，維護、控制、管理功能強，標準統一，便于傳輸更高速率的業務等優點，能很好地適應通信網飛速發展的需要。迄今，SDH得到了空前的應用與發展。在標準化方面，已建立和即將建立的一系列建議已基本上覆蓋了SDH的方方面面。在干線網和長途網、中繼網、接入網中它開始廣泛應用。且在光纖通信、微波通信、衛星通信中也積極地開展研究與應用。

　　近些年，點播電視、多媒體業務和其他寬帶業務如雨后春筍般紛紛出現，為SDH應用在接入網中提供了廣闊的空間。SDH技術應用于接入網的好處是：1）對于要求高可靠、高質量業務的大型企事業用戶，SDH可以提供較為理想的網絡性能和業務可靠性。2）可以將網管范圍擴展至用戶端，簡化維護工作。3）利用SDH固有靈活性，可使網絡運營者更快、更有效地提供用戶所需的長期和短期業務需求。

　　從技術上來看，接入層的相對帶寬需求較小，需要提供IP、TDM，可能還有ATM等綜合業務傳送。以SDH 系統為基礎并能夠提供IP 、ATM 傳送與處理的系統（包括TDM、IP與ATM接口，甚至包括IP 和ATM 交換模塊）將是解決接入層傳送的主要方法，這種方式可廉價地在一個業務提供點（POP）上提供高質量專線、ATM 、IP 等業務的接入、傳送和保護。

　　隨著骨干傳輸容量不斷增大，城域傳輸網絡的接入能力也多樣化。但以IP為主的網絡業務仍然是不可預知的，這需要傳輸網絡具有更好的自適應能力，而這種自適應能力不僅僅是網絡接口或網絡容量的適應能力，而且要求網絡連接的自適應能力。總的來說，低成本、靈活快速的完成運營商端局到用戶端的業務接入和業務收斂是對未來城域網接入系統的主要需求。

　　簡單地講，這種采用SDH傳輸以太網等多種業務的方式就是將不同的網絡層次的業務通過ＶＣ級聯的方式映射到SDH電路的各個時隙中，由SDH網絡提供完全透明的傳輸通道，從物理層的設備角度上看是一個集成的整體。這種解決方案可以大幅度地降低投資規模，減少設備占地面積，降低功耗，進而降低網絡運營商的運營成本。同時，提供多業務的能力還可以使網絡運營商能夠快速地部署網絡業務，提高業務收入，增強市場競爭能力。

綜上所述，SDH以其明顯的優越性已成為傳輸網發展的主流。SDH技術與一些先進技術相結合，如光波分復用（WDM）、ATM技術、Internet技術（IP over SDH）等，使SDH網絡的作用越來越大。SDH已被各國列入21世紀高速通信網的應用項目，是電信界公認的數字傳輸網的發展方向，具有遠大的商用前景。

結束語

隨著科學技術的不斷發展,各行各業為了滿足自身內部的需求，將會建設更多，更復雜的專用網絡，這些網絡必將承擔更多的任務。

對于大多數專網，在目前的技術條件下，則應利用公眾網實現企業或專業部門的通信需求。利用公眾網滿足專業部門的需求具有各種不同的方式。如租用公眾網的光芯或傳輸容量，配置自己的交換設備。這就免除了最困難的光纜輔設工程，比較適用于具有大規模用戶的企業。又如委托公眾網組織為本企業或部門使用的虛擬專用網，它所提供的功能和容量完全按照用戶的要求進行，這就免除了全部的投資風險和維護工作，應用機動靈活，使用部門可以專心致力于其本行業的業務工作。再比如，用戶可以在公眾網的交換機上設立自己的“虛擬小交換”，完全可以實現單位內部小交換機的全部功能，但免除了維護的麻煩和設備更新換代之苦。
　　廣而言之，把企業非核心的服務性職能交給社會的專業部門經營，而集中力量從事自己的核心業務，甚至組織所謂的虛擬公司，這已經成為上世紀90年代以來西方國家的企業為提高其競爭力而公認的世界性潮流。總之，依托穩定的服務主體，有條件積極取得進入電信市場競爭的合法地位，或與公網聯合，間接進軍電信市場，是目前形勢下各大專網的主要選擇；這也是電信技術革命的必然產物，更是我國由計劃經濟向市場經濟轉變的要求。

參考文獻：

[1]王會賢. SDH環境下數字同步網組網[J]，  廣西通信技術.2005年12月.

[2]黃兵.  下一代SDH的現狀及發展趨勢[J]，  西部探礦工程.2004年7月.

[3]袁泉.  論SDH技術下電力系統通信網建設[J].   現代商貿工業.2009年24期.

[4]黃慶康.楊曉梅.焉英燕.專用在單位中的應用[J]，通信技術研究.  2005年1月.

[5]林子生.  廣東市組網技術[J]，    光通信. 2007年3月.

[6]河西宏之 上田欲己（日）著.吳松志.丁俊志 譯  SDH/SONET傳輸技術[M].科學出版社

[7]藍宇冰． 論SDH的基本原理及傳輸網設計[J]， 廣東科技.2008年13期.

[8]王文凱． 新一代SDH產品應具有的特點 [J]， 現代通信.2000年4期.

[9]高風格． SDH復用路線與傳輸效率研究 [J]， 光通信技術.2008年7月.

[10]鐘建國．SDH應用技術研究[N]，    齊齊哈爾大學學報.2008年6月.

[11]姚楠.  通信網[M]，         人民郵電出版社. 2008.

[12]謝希仁. 計算機網絡[M]，        大連理工大學出版社.2007.

[13]宋俊德. 戰曉蘇 數據通信基礎[M]，   國防工業出版社.2001.

[14]譚永基. 蔡志杰 數學模型[M]，     復旦大學出版社.2009.

[15]顏昌昌. SDH網同步技術[J]，      微波與衛星通信.2008年7卷2期.